基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，电流和电压的检测和计算：检测永磁直线电机的三相电流i_a，i_b，i_c，并经过3s/2s Clark变换得到两相静止坐标系下电流i_α和i_β，检测直流电源电压与三相占空比，经3s/2s Clark变换得两相静止坐标系下电流u_α和u_β；

步骤2，永磁直线电机的启动：两开关置于1触点，系统处于启动阶段，此阶段下，函数发生器给定恒定频率的角度，供坐标变换使用，i_α和i_β经2s/2r Park变换得到两相旋转坐标系下的电流i_d和i_q；i_d参考值为0，i_q参考值为一恰当正值，分别与反馈的i_d，i_q做差，经过PI控制器输出参考电压u_d，u_q；u_d，u_q经过2r/2s Park^-1坐标变换后得到u_α，u_β的参考值，最终输出SVPWM波驱电机动子运动；

步骤3，反电势的观测：取i_α、i_β；取直流母线电压和三相占空比求解得到u_α、u_β，新型扰动观测器估计出静止坐标系下的反电势

步骤4，估计位置与速度的计算：送入锁相环模块求解出估计速度，与估计反电势的相位，补偿模块对相位补偿后输出估计位置；

步骤5，电机无位置传感器控制下调速运行：两开关切换置于2触点，系统处于调速阶段，该工作模式下参考速度与估计速度做差，经PI控制器得到i_q参考值；设置i_d参考值为0，i_d，i_q参考值分别与反馈值做差，经过PI控制器输出参考电压u_d，u_q。u_d，u_q经过坐标变换后得到u_α，u_β，最终输出SVPWM波驱电机动子运动，调速阶段可通过改变参考速度进行电机调速。

2.根据权利要求1所述的基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述步骤2的启动过程中：

两开关置于1触点，系统处于启动阶段，函数发生器产生固定频率的给定角度；此时，设定i_q*为某一恰当的正数，设定i_d*为零；上述情况下，转速环被屏蔽，电流环的坐标变换角度由给定角度提供；如此产生了旋转的i_q，又因为控制i_d＝0，故电流为等幅值等角频率旋转的矢量，在直线电机中表现为感应出等速度平移的磁场，动子在变化的磁场中受力，最终动子可从静止逐渐达到某一速度；所述i_q*应选取为适合给定角度下启动的尽可能小值。

3.根据权利要求1所述的基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述步骤3中新型扰动观测器的设计如下：

扰动观测器扰动量与输入之间的传递函数为：

$\hat{y}=\frac{(Ls+R)G_2-G_0}{Ls+R-G_0}{u}_1+\frac{(Ls+R)(G_0+G_1)}{Ls+R-G_0}{u}_2$

其中，G₀、G₁为比例加积分结构，L、R为形式变量，无实际物理意义；当G₁，G₂满足

G₁＝-(Ls+R)G₂

扰动观测器扰动量与输入之间的传递函数为可写作

$\hat{y}=-\frac{(G_0+G_1)}{Ls+R-G_0}\[u_1-(Ls+R)u_2\]$

根据扰动观测器扰动量与输入之间的传递函数可知，当某一变量y与u₁，u₂存在

y＝u₁-(Ls+R)u₂

新型的扰动观测器可用于估计此变量y，且估计传递函数为

$\hat{y}=-\frac{(G_0+G_1)}{Ls+R-G_0}y$

只需设置G₀、G₁的参数即可改变此传递函数，零极点调的整灵活。

4.根据权利要求1所述的基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述步骤3中新型扰动观测器估计出静止坐标系下的反电势为：

对于永磁直线电机，电压方程如下

e_s＝u_s-(Ls+R)i_s

下标“s”可替换成“α”或“β”来表示对应静止坐标系下α或β的分量；L表示电感，R表示电阻；通过新型扰动观测器估计永磁直线电机的反电势，以电压u_s、电流i_s为输入，反电势e_s为扰动，应用到扰动观测器中，将扰动估计量输出，新型扰动观测器中，G₀、G₁为比例积分结构，G₂参数需与G₁配合设置；

G₀，G₁定义为

$\left\{\begin{array}{c}{G}_0=k_{0p}+\frac{k_{0i}}{s}\\ G_1=k_{1p}+\frac{k_{1i}}{s}\end{array}\right.$

且G₁，G₂满足

G₁＝-(Ls+R)G₂

取k_0p＝R-(ω₂+ω₃)L，k_0i＝-ω₂ω₃L，k_1p＝-R，k_1i＝(ω₂-ω₁)ω₃L，可得

${\hat{e}}_s=\frac{(s+{\mathrm{\ω}}_1){\mathrm{\ω}}_3}{s^2+({\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_3)s+{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\ω}}_3}{e}_s$

其中，ω₁、ω₂、ω₃为观测器参数，且满足ω₃>>ω₂>>ω₁≧0。

5.根据权利要求1所述的基于新型扰动观测器的永磁直线电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述步骤4中的估计位置与速度计算中，观测器的扰动估计量与真实扰动量存在如下关系

${\hat{e}}_s=\frac{(s+{\mathrm{\ω}}_1){\mathrm{\ω}}_3}{s^2+({\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_3)s+{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\ω}}_3}{e}_s$

其相频特性为：

$\mathrm{\θ}\left(\mathrm{\ω}\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{\ω}({\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_1)}{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}^2}\right)-\arctan \frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_3}$

因此估计反电势与真实反电势相位之间存在如下关系：

$\∠{\hat{e}}_s=\∠e_s+\mathrm{\θ}\left(\mathrm{\ω}\right)$

观测器估计的反电势与真实值相差一定相位，此相位差与观测器参数和反电势矢量角的角速度有关；因此，将锁相环输出的角速度送入相位补偿环节，修正观测器带来的相位影响；而依据实际使用中截止频率的设定，第一项的值往往远小于第二项，故补偿量为

${\mathrm{\θ}}_{compensate}=\arctan \frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_3}.$